2.5 科学探究：电容器 课件 -2024-2025学年高二上学期物理鲁科版（2019）必修第三册

第一章 静电力与电场强度 2.5 科学探究：电容器 鲁科版（2019）高中物理必修第三册 PART.1 PART.2 PART.2 PART.4 新课导入 新课讲解 学习目标 经典例题 目录 CONTENTS PART.2 PART.4 课堂练习 课堂小结 新课导入 水可以用容器储存起来，电荷也可以用一个“容器”储存起来。图中的元件就是这样的“容器”——电容器。那么，它内部的构造是怎样的？它是怎样“装进”和“倒出”电荷的呢？ 电容器 一、观察电容器的充、放电现象 当原来不带电的电容器的两极板连接电源时，电容器充电，两极板会分别带上等量异种电荷，如图（a）所示。 能储存电荷的电学元件称为电容器（capacitor）。两块彼此绝缘的平行金属板可组成最简单的电容器，即平行板电容器。 电容器充电后，两极板间存在电场，电荷因受静电力的作用而储存在极板上。当充电后的电容器两极板通过电流计接通时，电路中会形成瞬时电流而发生放电，使两极板的电荷中和而不再带电，如图 （b）所示。 下面我们通过实验来研究电容器的充电和放电。 实验：观察电容器的充放电现象 实验目的：观察了解电容器充放电过程中，两极板间电压和电流的变化 实验原理： 实验器材：电解电容器、直流电源、电流计、电压表、电阻、单刀双掷开关、导线。 1.充电过程：电子从电源的负极出发，流向下极板，电子从上极板出发流向电源正极（电子定向移动），导致两极板带等量异号电荷。 (1)电流表指针右偏，说明有顺时针的电流； (2)与电源正极连接的极板失电子，带正电；与电源负极连接的极板得电子，带负电； (3)极板间形成从上到下的匀强电场； (4)充电时，电容器储存电场能； (5)充电完毕，电流表指针回到原位，电路中电流为0。 2. 放电过程：用导线将充电后的电容器两极接通，电子从负极板出发，流向正极板，两极板电荷发生中和，最终不带电。 (1)电流表指针左偏，说明有逆时针的电流 (2)放电时，电容器储存电场能放出； (3)放电完毕，电场极板间电场为零；极板所带电量为零；电路中电流为零；两极板之间电压为0。 3.充电（放电）过程中电流（电压）随时间的变化图像 充电过程 放电过程 充 电 放 电 电流方向 电 压 电 荷 量 能 量 电源正极流向电容器正极板 电容器负极板流向电源负极 两极所带电荷量增加 两极间电压逐渐增加 直到与充电电压相等 电源的能量转化为电场能 电容器正极板流向 电容器负极板 两极所带电荷量减少 两极间电压逐渐减小 直至为0 电场能转化为其他形式能量 设平行板电容器两个极板的正对面积和距离一定，讨论以下问题： 电容器两极板之间的场强与电容器的带电量有什么关系？ 电容器两极板之间的电势差与场强有什么关系？ 你能通过推理，得出电容器两极板之间的电势差与电容器带电量的关系吗？ 不同的电容器存储电荷的能力是不同的，为了描述电容器这种能力的异同，我们引入一个新的物理量——”电容“。 二、电容器的电容 1.电容器充电后的特点： ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － － － － － ＋Q －Q 两极间有电压U 充电后的电容器两极间的电压，叫电容器的电压。 电容器的带电量Q越多，电压U越高。 2、电容的定义： 电容的定义式： 电容器所带电量Q与两极板间的电势差U比值叫电容器的电容，用C表示 4、物理意义：表示电容器存储电荷能力的物理量 3、电容的单位： 法拉，简称法，符号是F 微法（μF）和皮法（pF） 1μF=10-6F 1pF=10-12F 静电计：静电计本身是一个电容器。当指针所带的电量越多时，指针的打开角度就会越大，指针与壳之间的电势差也就越大。 让静电计的金属球与平行板电容器通过导线相连，当电荷停止运动后，静电计球与壳间的电势差就与平行板电容器两极板间的电势差相等。 从静电计指针的打开角度可以定性的知道平行板电容器两端的电势差变化。 结论： 平行板电容器的电容C与极板的正对面积S成正比，与极板间距离d成反比。 ε为一个常数，与电介质的性质有关，称为电介质的相对介电常数。 5、电容决定式： 电容器的电容是电容器本身的结构决定，与是否带电或与带电量的多少无关。 情境1： 将开关接到“1”处，电源和电容器接通，此时电容器两端电压U等于路端电压，且始终不变 （1）若让平行板电容器正对面积S增大（板间距离不变），则分析 电容器的电容、电荷量和板间场强如何变化。 情境2： 将开关接到“2”处，电源和电容器断开，此时电容器上电荷量Q不变； （1）若让平行板电容器正对面积S增大（板间距离不变），则分析电容器的电容、电荷量和板间场强如何变化。 情境2： 将开关接到“2”处，电源和电容器断开，此时电容器上电荷量Q不变； （2）若让平行板电容器板间距离d增大（正对面积不变），同样分析电容器的电容、电荷量和板间场强如何变化？ 情境2： 将开关接到“2”处，电源和电容器断开，此时电容器上电荷量Q不变； （2）若让平行板电容器板间距离d增大（正对面积不变），同样分析电容器的电容、电荷量和板间场强如何变化？ 从构造上分： 可变电容器 固定电容器 按介质分： 纸介质电容器 聚苯乙烯电容器 电解电容 陶瓷电容器 + - 电解电容 注意：电解电容分正负极，正负极不能接反，不能接交流电. 三、常见电容器及其应用 典例分析 1.如图所示，平行板电容器与电动势为E的直流电源（内阻不计）连接，现将平行板电容器的上极板竖直向下移动一小段距离，则（   ） A. 电容器的电容减小                                               B. 电容器两极板间电压增大 C. 电容器所带电荷量增大                                        D. 电容器两极板间电场强度不变 典例分析 解析：A．根据电容公式 C= ，将平行板电容器的上极板竖直向下移动一小段距离，d减小，电容增大。A不符合题意； B．电容与电源相连，电压不变。B不符合题意； C．根据电容公式得 Q=CU，电量增多，C符合题意； D．根据公式 E= 可知，场强增大。D不符合题意。 故答案为：C。 答案：C 典例分析 2.如图所示，平行板电容器的两极板接于电池两极，一带电小球悬挂在电容器内部，闭合电键k，电容器充电，这时悬线偏离竖直方向的夹角为θ，则下述说法正确的是（   ） A. 电键k断开，A板向B板靠近，则θ增大 B. 电键k断开，A板向上移动，则θ增大 C. 保持电键k闭合，A板向B板靠近，则θ变小 D. 保持电键k闭合，A板向上移动，则θ变小 典例分析 解析：A．若断开K，电容器带电量保持不变，由C= 和C＝以及 可得 由于Q、S不变，A板向B板靠近，虽然d变小，但电场强度不变，故电场力不变，则 不变，A不符合题意； B．若断开K，由 得，Q不变，A板向上移动，S变小，E变大，则 变大，B符合题意； 典例分析 解析：C．若保持K闭合，则电容器两极板之间的电压保持不变，因此根据 可知，当将A板向B板靠近时，d变小，电场强度增大，则电场力增大， 将增大，C不符合题意； D．若保持K闭合，则电容器两极板之间的电压保持不变，因此根据 可知，A板向上移动，d不变，电场强度不变，则电场力不变， 将不变，D不符合题意。 故答案为：B。 答案：B 课堂练习 1.下列关于常用电容器，说法正确的是 ( ) A．电解电容器的极性固定，作用时极性不能错 B．可变电容器是通过改变铝片正对面积来改变电容 C．电容器的额定电压就是击穿电压 D．额定电压是长期工作所承受电压，比击穿电压小 ABC 课堂练习 2．据国外某媒体报道，科学家发明了一种新型超级电容器，能让手机几分钟内充满电。某同学假日登山途中用该种电容器给手机电池充电，下列说法正确的是（　　） A．该电容器给手机电池充电时，电容器的电容变大 B．该电容器给手机电池充电时，电容器所带的电荷量可能不变 C．该电容器给手机电池充电时，电容器存储的电能变少 D．充电结束后，电容器不带电，电容器的电容为零 C 课堂练习 3、用两节相同的电池分别给两个原来不带电的电容器充电，已知 C1<C2 ，当电容器达到稳定时，电容器C1和C2的带电量分别为Q1和Q2，则（ ） A． Q1<Q2 B． Q1>Q2 C． Q1=Q2 D．无法确定 A 课堂练习 4（多选）、平行板电容器充电平衡后仍与电源相连，两极板间的电压是U，电荷量为Q，两极板间场强为E，电容为C，现将两极板间距离减小，则 （ ） A. Q变大 B. C变大 C. E不变 D. U变小 ABC 课堂练习 5.如图所示，指纹采集装置中的半导体基板上有大量相同的小极板，外表面绝缘。当手指的指纹一面与绝缘表面接触时，由于指纹凸凹不平，凸点处与凹点处分别与半导体基板上的小极板形成一个个正对面积相同的电容器，若每个电容器的电压保持不变，则在指纹采集过程中，下列说法正确的是（　　） A．指纹的凹点处与小极板距离远，电容大 B．指纹的凸点处与小极板距离近，电容小 C．手指挤压绝缘表面，电容器两极间的距离减小，电容器带电量减小 D．手指挤压绝缘表面，电容器两极间的距离减小，电容器带电量增大 D 课堂小结 感谢观看 THANK YOU $$